[实用新型]一种带自动抓取抬升机构的六自由度微动台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微动工作台，尤其涉及一种带自动抓取抬升机构的六自由度微动台，主要应用于半导体光刻设备中，属于超精密加工和检测设备技术领域。

背景技术

具有高精度和快速响应的微动工作台在现代制造技术中具有极其重要的地位，被视为一个国家高技术发展水平的重要标志。在超精密机床中，超精密微动工作台用于对进给系统进行误差补偿，实现超精密加工；在大规模集成电路制造中，超精密微动工作台用于光刻设备中进行微定位和微进给；在扫描探针显微镜中，超精密微动工作台用于测量样品表面形貌，进行纳米加工；在生物工程方面，超精密微动工作台用于完成对细胞的操作，实现生物操作工程化；在医疗科学方面，超精密微动工作台用于显微外科手术，以便减轻医生负担，缩短手术时间，提高成功率。超精密微动工作台还被广泛应用于光纤对接，MEMS系统加工、封装及装配，以及电化学加工等领域中。

在半导体光刻设备中，光刻机硅片台和掩模台大多采用粗精叠层结构，包含一个超精密微动工作台。该微动台叠加于粗动台之上，用于对粗动台进行精度补偿。微动工作台定位精度决定了光刻机的曝光精度，运动速度决定了光刻机的生产效率。因此，美国、日本、欧洲等发达国家均把超精密微动工作台技术视为光刻机核心技术之一，对我国相关产品进行严格的进口限制。

概括目前国内外纳米级微动工作台研究现状，超精密微动台通常有三类，伺服电机通过滚珠丝杠传动/直线导轨支撑微动工作台，压电陶瓷驱动/柔性铰链支撑导向微动工作台，以及音圈电机或变磁阻电机驱动/气浮或磁浮支撑微动工作台。

前两种微动台由于支撑系统的摩擦阻尼非线性等因素影响，均无法满足光刻设备高速度、大负载、高动态特性的要求。采用音圈电机/气浮支撑的微动台可以满足光刻设备的要求，但存在结构整体性差，台体较厚，质心高等不足，其性能受到一定局限。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种带自动抓取抬升机构的六自由度微动台，使得该六自由度微动台具有一个沿垂直方向的大行程的单自由度抬升与抓取功能，以满足光刻机对于硅片的抬升与抓取的要求。

本实用新型的技术方案如下：

一种带自动抓取抬升机构的六自由度微动台，含有实现微动工作台在水平面内沿X方向、Y方向和绕Z轴旋转三个自由度运动的第一种电磁力驱动模块和实现微动工作台沿Z方向、绕X轴旋转和绕Y轴旋转的三个自由度的运动的第二种电磁力驱动模块，还含有真空吸盘、微动台上盖和基座，所述的真空吸盘设置在微动台上盖上表面的凹槽内，所述的第一种电磁力驱动模块和第二种电磁力驱动模块设置在微动台上盖与基座之间，所述的第一种电磁力驱动模块和第二种电磁力驱动模块的电机线圈部分为驱动模块的定子部分，所述的第一种电磁力驱动模块和第二种电磁力驱动模块的所有电机磁钢和铁轭部分为驱动模块的动子部分，真空吸盘设置在微动台上盖与驱动模块的动子部分连接在一起，其特征在于：所述的六自由度微动台还含有一个自动抓取抬升机构，所述的自动抓取抬升机构布置在微动台上盖的下方，该自动抓取抬升机构包括驱动模块、导向模块和测量模块。

所述的驱动模块是一个动圈式洛伦兹电机，该洛伦兹电机由第一瓦型永磁体、第二瓦型永磁体、圆柱线圈、电机壳、线圈骨架和真空抓取柱所组成，所述的电机壳为空心圆柱型，在空心圆柱的内外壁之间设有一个环形深槽，环形深槽的外环表面均布有六块第一瓦型永磁体，沿电机壳环形深槽的内环表面均布有六块第二瓦型永磁体，并一一对应；圆柱线圈与电机壳同轴放置，并位于环形深槽中的第一瓦型永磁体和第二瓦型永磁体形成的磁场中，在线圈骨架上沿圆周方向均布有三个真空抓取柱，三个真空抓取柱分别穿入真空吸盘和微动台上盖所对应的三个孔中；在电机壳的外壁上沿圆周方向被三个竖向槽平均分为三段，所述的三个真空抓取柱分别在三个竖向槽中沿垂直方向运动；洛伦兹电机的永磁体和电机壳与基座连接在一起。

所述的导向模块由三个圆柱滚珠导套组成，所述的滚珠导套的轴套分别固定在线圈骨架中部的呈正三角形分布的三个圆孔中，所述的滚珠导套的导向杆则分别固定在电机壳底部，并分别穿入对应的滚珠导套的轴套中。

所述的测量模块采用一个线性光栅尺传感器组件，该线性光栅尺传感器组件由线性光栅尺、线性光栅尺安装座、光栅读数头和光栅读数头安装座组成；线性光栅尺通过线性光栅尺安装座安装在线圈骨架中部沿竖直方向的槽中；光栅读数头通过光栅读数头安装座安装在电机壳内与线性光栅尺安装座相对应的位置，并使得光栅读数头与线性光栅尺相对布置，同时保证两者之间具有一定间隙。